鋼圍堰施工技術在萬福閘加固工程中的應用

許德宏 姚玉扣 駱永軍

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，水利工程作為國民經濟基礎設施，在防洪、發(fā)電、水運和水產養(yǎng)殖等方面起著不可替代的作用。水閘作為控制水道中水流的主要水工建筑，不僅能抗洪減災，還能為農業(yè)生產提供灌溉用水。隨著使用年限的增加，水閘會出現不同程度的老化，有些已經不能正常工作，產生諸多安全隱患，若拆除重建所需成本太高，一般采取加固改造。萬福閘就是采取加固，根據施工要求，主要采用鋼圍堰施工技術進行加固。

一、概述

萬福閘加固工程施工總體要求是“不斷流、不斷交通”，施工中應盡量避免出現結構產生超原設計內力的工況。限于以上施工條件，大部分工作內容都是在水上作業(yè)，實施排水加固。需排水加固的內容主要有三部分：①水下底板及止水伸縮縫修補；②上下游檢修門槽之間、上下扉主門槽二期混凝土及門軌埋設；③閘墩表面混凝土鑿除及抹面施工等。針對以上施工內容，項目部采用檢修門、鋼結構圍堰封閉，抽排積水，形成旱地施工環(huán)境。

根據工程總體部署，計劃配置墩頭部位鋼圍堰四套，閘墩側面用鋼圍堰六套，滿足三個閘墩同時作業(yè)。

施工期下游側最高水位▽6.0m，最低水位▽0.5m，上游側水位基本恒定按最高水位▽6.0m，最低水位▽4.0m。

二、鋼圍堰的設計與施工

（一）鋼圍堰的結構

1.閘墩直線段加固鋼圍堰

閘墩直線段加固鋼圍堰，鋼圍堰總高度8.5m。為確保低水位鋼圍堰移位時的穩(wěn)定性，擬將其分為兩節(jié)，下節(jié)高度6.0m，上節(jié)高度2.5m，當下游水位▽0.5～3.5m 時，閘墩的表面處理采用下節(jié)鋼圍堰擋水干作業(yè)，當下游最高水位▽3.5～6.0m 時，將上、下節(jié)圍堰組合擋水干作業(yè)。上、下節(jié)圍堰自重分別約5t、20t，圍堰為雙壁浮箱式，側面鋼板為8mm 鋼板，框架采用45C 工字鋼，斜撐為25C 工字鋼，內部空箱作為調節(jié)水箱，水箱分隔成若干單元，便于調整平衡、糾偏。

2.閘墩圓頭加固鋼圍堰

閘墩圓頭加固圍堰采用單壁鋼圍堰，高度8.5m，采用32a 型鋼骨架，外側為8mm 鋼板。下游圍堰分節(jié)制作，下節(jié)高度為6.0m，上節(jié)高度為2.5m，圍堰總重約為15t，根據下游水位情況分節(jié)使用同直線段圍堰。

閘墩上游水位變化幅度小，圓頭加固鋼圍堰按整體制作使用，總高度8.5m，圍堰自重約14t。

（二）鋼圍堰浮力、自沉的驗算

1.當直線段鋼圍堰位于下游墩頭側位置時

（1）下游水位▽0.5m

當下游水位▽0.5m 時，采用下節(jié)圍堰擋水，圍堰及浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時，浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t，鋼圍堰的浮力2F2+F3=9.3t，鋼圍堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3=36.3t>G1+G2=32t，組合體能上浮。

當鋼圍堰就位后，圍堰與浮箱脫開，鋼堰的重量G1=20t>鋼圍堰的浮力2F2+F3=11.3t（水深2.5m），鋼圍堰能自沉就位。

（2）下游水位▽3.5m

當下游水位▽3.5m 時，由上述可知組合體能上浮。

當鋼圍堰就位后，圍堰與浮箱脫開依靠自重下沉到入水深度為4.4m 時，處于平衡狀態(tài)，鋼圍堰可通過注水下沉▽-2.0m 時，平均注水深度約1.2～1.3m。

（3）下游水位超過▽3.5m

當下游水位超過▽3.5m 時，將鋼圍堰接高至8.5m，上下節(jié)間采用螺栓連接，接縫處設平板橡皮上水、止水壓板。此時鋼圍堰總重約為25t。此工況下鋼圍堰入水深度約為5.5m 時，鋼圍堰的自重與浮力平衡。因此當下游水位超過▽3.5m 時，圍堰原則上可以不需另配備浮箱，但考慮到施工荷載及安全、穩(wěn)定性要求，將在其上游設置浮箱。當鋼圍堰不依靠自重下沉，進行注水壓重就位。

2.當直線段鋼圍堰加固下游檢修門槽時

當直線段鋼圍堰加固下游檢修門槽時，此時主門安裝完成，鋼圍堰與鋼閘門之間間距約90cm。

當下游水位▽0.5m 時，假圍堰及浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時，大浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t；小浮箱的浮力F4=2.6t，浮箱的重量G4=2t，鋼圍堰的浮力為2F2+F3=9.3t，鋼圍堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3+F4=38.9t>G1+G2+G4=34t，但由于A 端浮力作用點偏于鋼圍堰的一側，此工狀下鋼圍堰就位時需系繩索于公路橋上游側，在A 端施加拉力，將A 端處的橫向圍堰加寬至1.2m，或在鋼圍堰的內側布置橡膠氣囊，解決浮力作用點偏心的問題。

當下游水位超過▽3.5m 時，解決A 端浮力偏于一側的矛盾，仍采用上述方法。當鋼圍堰就位后，可通過注水下沉。

3.閘墩圓頭加固鋼圍堰

閘墩圓頭加固圍堰采用單壁鋼圍堰，高度8.5m、型鋼骨架、外側為8mm 鋼板，下游圍堰分節(jié)制作，下節(jié)高度為6.0m，上節(jié)高度為2.5m，參照直線段圍堰分節(jié)使用；上游圓頭鋼圍堰不分節(jié)。圍堰重約為16t。

上下游圓頭鋼圍堰將由兩只鋼浮箱通過注水、排水來實施圍堰的移動、就位。

浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時，浮箱浮力F1=13.5t，浮箱重量G2=6t；鋼堰重量G1=15t（下游側），2F1=27t=G1+G2=27t，另在鋼圍堰的內側布置橡膠氣囊助浮。

（三）鋼圍堰的支撐強度復核

鋼圍堰的支撐型鋼承載力的復核按最高水位為▽6.0m 計算，假定沿水深方向的水壓力由水平向框架承受，每榀承受的水壓力的范圍為與其相鄰榀梁承受壓力的跨中范圍。

1.閘墩直線段鋼圍堰

閘墩直線段鋼圍堰，每榀承受的水壓力的范圍為豎向水壓力。

將鋼圍堰的型鋼梁簡化為受力件。

表1 直線段鋼圍堰簡支梁計算表

2.閘墩圓頭鋼圍堰

閘墩圓頭鋼圍堰，每榀承受的水壓力的范圍為豎向水壓力。對于簡支梁，根據計算如表2所示。

表2 圓頭鋼圍堰簡支梁計算表

三、鋼圍堰制作、安裝、就位

（一）各部件放樣、下料、矯正、預變形

腹板采用半自動割刀氣割下料，橫梁腹板手割刀開漏水孔，端柱、腹板、加強板用手割刀預割孔；各縱梁內端柱、翼緣板、腹板、背拉架節(jié)點板、頂底筋板、止水壓板等采用剪板機剪切下料，各種型鋼采用手割刀氣割下料。

橫梁、各縱梁翼緣板矯正合格后，放翼緣板和腹板拼裝位置中心線，采用沖床和專用模具進行焊接變形預處理，其預變形量根據施工詳細圖紙，視其板厚、板寬及焊縫大小而定預變形量。

（二）各部組合件的拼裝，焊接及矯正

端柱先劃線，拼焊加強板，矯正平直后作為單構件，進入橫梁端柱、縱梁放在專用胎架上進行拼裝。面板按面板拼焊工藝圖依次進行拼焊，焊縫采取埋弧自動焊進行焊接，面板翻身后用碳弧氣刨結合砂輪機打磨進行清根處理，焊后如有變形，對面板進行平直矯正，質檢人員檢查合格后放各梁格拼裝控制線，留足最后角方余量，對面板焊縫進行檢查。

（三）鋼圍堰就位

對工地現場的鋼圍堰進行檢查，若吊卸、運輸、存放和防腐過程中有碰撞變形，進行矯正處理。閘孔鋼圍堰吊放前，需清除淤泥和雜物等。再用浮箱（或汽車吊）將鋼圍堰在放入水中（緊靠閘墩），利用鋼圍堰四周設置的固定環(huán)系扣，用鋼絲繩加以固定牢靠。鋼圍堰安裝固定好，將堰體積水內排出，觀察鋼圍堰是否漏水，確保門槽、閘墩等部位的處理和混凝土澆筑在干燥倉面上。

（四）排水堵漏

鋼圍堰安裝完畢后進行抽水，考慮到剛開始抽水時鋼圍堰漏水較嚴重，因此閘孔抽水開始時用5.5kW 潛水泵2～4 臺進行強排水，使圍堰內水位迅速下降，從而使鋼圍堰緊貼閘墩。再派潛水工用棉花胎進行鋼圍堰堵漏（閘墩堵漏及閘底板堵漏），直至不漏水為止，確保門槽、墩頭、閘墩等部位的改造在無水條件下進行。為防止鋼圍堰因其他原因造成部分漏水，應經常檢查鋼圍堰滲漏水情況，如有滲漏，及時組織潛水工進行堵漏。

（五）鋼閘門圍堰拆除

待閘室改造完畢，用潛水泵抽水至閘鋼圍堰內，直至與鋼圍堰外水位平齊，然后拆除鋼圍堰，再移至下一個工作面進行施工。

四、結語

隨著科學技術的日益進步，鋼圍堰施工技術逐漸成為水利施工中的關鍵組成部分。本文詳細分析了鋼圍堰施工技術在萬福閘加固工程中的具體應用情況。萬福閘加固工程中鋼圍堰進行設計和施工時嚴格按照設計方案進行，嚴格控制建筑材料及技術方法，規(guī)范施工流程，提高鋼圍堰施工水平，保障了工程加固質量■